图 2-1 电磁感应加热的工作原理图

2。2 系统总体结构设计

图 2-2 系统总体结构图

电磁采暖炉的主电路是一个将 AC-DC-AC(交流变直流再变交流)的变换器， 由桥式整流器，滤波器和逆变器构成，如图 2-2。桥式整流器将工频交流电转化 为直流电，经过滤波后，再通过逆变器变换为 20-40KHz 的高频交流电[4]。此时， 经逆变后的高频率交流电在绕制线圈盘周围产生交变磁场并藕合，形成涡流，实 现加热，也就是我们常说的电生磁磁生热。逆变器是主电路里的核心，其作用是 使直流电逆变为高频交流电，用来实现感应加热。逆变器是低开关损耗的一种变 换器，主开关元件使用到功率开关管，其效率高，耐高压，可承受大电流。本设 计使用了大量 IGBT 实现开关作用，其开关动作通过主控制器来控制。

2。2。1 输出电路

本设计的输出电路，就是主电路中的线圈盘构成的逆变器中的用来加热的电 路。电磁采暖炉中的线圈盘是圆形平面骨架上紧密绕制的一匝匝线圈构成，通常 将一些铁氧体磁条放置在平面线圈的背面，呈放射状，其作用是将线圈中的约束 磁力线和电感量加强，这样就可以使磁场带来的干扰降到最小。

线圈组除了实现电磁感应，还传输了功率，电磁采暖炉中的导线皆为高频率 导线。根据电磁感应原理，将高频交流电通入线圈中的时候，或出现闭合的磁力 线向着线圈盘半径的方向延伸，磁力线沿线圈盘圆周产生一种环形电流，所有环 流同向，但都与线圈组中的电流方向方向相反。作为矢量的电流密度，反应每点 流过的电流大小，且根据指数变化的规律，沿着线圈组半径方向越来越小。所以 可以看出，逆变后的交流电在电流环状区域内有一个固定不变的流通截面。同样， 在该区域里，需要重点介绍电磁采暖炉中作为负载的电阻，这种电阻也被称为材 料电阻，这种电阻吸收很大的功率，却无电感，往往这类电阻需要比其他电阻更 高的材质和工艺上的需求。作为负载，其产生的热就是电磁采暖炉加热的来源。 一般来说，线圈距离负载大约 6—16mm[5]。线圈盘中的磁力线有一部分不会穿过 负载，它们从当中的缝隙中流通。正因如此，线圈盘的功率传输过程中电感两端 流入电流，使其在传输能量时，为谐振储存了能量。

2。2。2 主控制器和主电路文献综述

如图 2-2 所示，电磁采暖炉的主控制器和主电路是电磁采暖炉实现加热功能 所需的最基础的电路。主电路中的桥式整流器实现直流变交流之后，电源给电路 两端的滤波电容充电，其并联在输出端，是整流电路中的必备元件。谐振电容、 电感、二极管和功率开关管等构成逆变电路。扼流线圈可以代替滤波器将直流电 滤波，还可以避免泄露高频电。滤波电容除了可以过滤杂波外，还可以提供部分 谐振电流所需的通路。谐振回路由谐振电容和谐振电感共同组成，谐振电感还包 括负载在内。二极管保护功率开关管，同时为部分谐振电流提供了通路。逆变器 用到的的主开关是功率开关管。

当主开关导通时，谐振电感上加入直流电压，电感蓄能充电，当谐振电感上 出现上升电流，其充电完成，此时充当电源给负载输电。关断主开关之后，电感 中的能量向电容中转移，电压与电流同向，产生谐振。在主开关的集电极出现的 正弦波谐振电压在高低电位之间来回跳动。当该电压值接近为 0 时，通过主控制 器控制导通开关，如此往返循环工作。

如图 2-2 所示，主控制器由同步、激励（IGBT 驱动）等电路构成。主控制 器的基本功能有:调节开关的开通时间与开关周期来控制电磁采暖炉设备的输出 功率和电流大小，还可以使开关的开通时间与谐振电压同步，此时的谐振电压近 似为 0，以实现在零电压状态下开通，减小了开通过程中的开关损耗。图 2-2 所 示的主控制器原理图中，同步电路中，对直流电源和谐振电压进行了比较，可以 检测出谐振电压降为 0 是在哪一时刻[6]。IGBT 驱动电路、同步电路和电流互感 器构成了闭环调节系统，其调节对象是输入的交流电。主控制电路在电磁采暖炉 中是主电路的辅助电路，为其输送信号，有了它，输出回路才能够正常工作。